Процесс дыхания растений

В конце XVIII века рядом ученых было установлено, что растения не только поглощают углекислый газ, но и выделяют его. Это открытие получило название процесс дыхания растений. Процесс дыхания растений

История изучения химизма дыхания

В конце XIX столетия А. Н. Бахом была разработана теория активации молекулярного кислорода. Молекулярный кислород не может вступать в соединения с окисляемым веществом, так как обе его связи заняты. Для того чтобы его активировать, необходимо освободить связи. Активированный кислород может соединяться с окисляемым веществом, образуя перекись, которая, распадаясь, осуществляет дальнейшее окисление.

В работах В. И. Палладина указывается, что в процессе дыхания происходит активация водорода дыхательного вещества. Активация водорода заключается в том, что ферменты дегидрогеназы отнимают водород от дыхательного материала, вследствие чего последний окисляется, а активированный водород соединяется с кислородом. В настоящее время общепризнано, что в процессе дыхания активируется как кислород, так и водород.

В дальнейшем работами С. П. Костычева была доказана связь между дыханием и брожением. Начальная фаза превращения сахара происходит одинаково и при дыхании, и при брожении и образуются одинаковые промежуточные продукты. Затем при дыхании эти продукты окисляются до СО₂ и Н₂О, а при брожении образуются спирт и СО₂. В последнем случае выделяется мало энергии: на одну грамм-молекулу сахара - 48 ккал.

В разработке химизма дыхания принимали участие многие ученые. Л. А. Иванов показал значение фосфорной кислоты в процессе дыхания: окислению подвергается не свободная молекула сахара, а ее фосфорный эфир. Это указывает на то, что в процессе дыхания не только распадаются, но и синтезируются сложные органические соединения. А. Сент-Джорджи, X. Кребс и С. М. Джонсон детально исследовали химизм дыхания и показали роль органических кислот в этом процессе.

Дыхание и фотосинтез

Дыхание это процесс, свойственный всем живым организмам. Оно представляет собой окислительный распад сложных органических соединений (в первую очередь углеводов), конечными продуктам которого являются углекислый газ и вода с выделением энергии. Дыхание как физиологический процесс может быть представлено следующей схемой: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 686 ккал.

Однако процесс окисления не столь прост, как показано на схеме, а идет через ряд промежуточных этапов. Значение дыхания состоит не только в освобождении энергии, но и в том, что при постепенном распаде углеводов образуется ряд различных промежуточных соединений, которые могут служить для синтеза органических веществ, например белков, жиров и других. Дыхание и фотосинтез

Таким образом дыхание - окислительный распад сложных органических соединений - является главным руслом превращения веществ и энергии в растении. Сравнивая суммарные уравнения фотосинтеза и дыхания, видим, что при фотосинтезе образуются органические вещества с использованием солнечной энергии, а при дыхании растений эта энергия, накопленная в органическом веществе, освобождается: 6СО₂ + 6Н₂O → (энергия света(686ккал)/хлорофилл) → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ (фотосинтез), С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 686 ккал (дыхание).

При образовании одной грамм-молекулы сахара в процессе фотосинтеза затрачивается 686 ккал солнечной энергии; такое же количество энергии выделяется и при ее окислении в процессе дыхания. Таким образом, в энергетическом отношении дыхание - прямая противоположность фотосинтезу. У растений в отличие от животных нет специальных органов дыхания, и кислород непосредственно поступает в каждую живую клетку.

Благодаря большому развитию поверхностей, тесно связанных с воздушным питанием, доступ воздуха к каждой клетке облегчен, и поэтому для поступления кислорода в клетку и освобождения ее от образовавшегося углекислого газа не требуется никаких дополнительных органов. Процесс дыхания у разных зеленых растений и их органов неодинаков и его сравнивают по интенсивности, т. е. по количеству выделенного в процессе дыхания углекислого газа на единицу веса в единицу времени.

Дыхание тесно связано с ростом, поэтому чем интенсивнее идет рост растения, тем сильнее процесс дыхания. Интенсивность дыхания также зависит от возраста растений: у молодых растений дыхание протекает более энергично, с возрастом интенсивность дыхания уменьшается. Ниже показано изменение интенсивности дыхания в процессе индивидуального развития (по Б. А. Рубину).

Интенсивность дыхания различных органов растения зависит от наличия в клетках живого содержимого. Наиболее интенсивно дышат цветки. При дыхании массивных цветков, например Амазонской Виктории регии (Victoria regia), внутри цветков поднимается температура, превышающая температуру воздуха на 12°. При дыхании цветков кувшинки Виктории регии температура в них поднимается выше температуры воздуха

Процесс дыхания растений можно наглядно наблюдать на прорастающих семенах пшеницы. Прорастающие семена также отличаются высокой интенсивностью дыхания. Если их поместить в хорошо изолированный от потери тепла приемник, например в дьюаровский сосуд, то можно наблюдать значительное повышение температуры, достигающее 30 -50°. Прорастающие семена пшеницы в дьюаровском сосуде

В этом случае семена могут даже погибнуть в связи с высокой температурой.